桥梁检测无人飞行器系统航迹规划初步研究

发布时间：2017-06-24 22:21

  本文关键词：桥梁检测无人飞行器系统航迹规划初步研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：常用的桥梁检测设备例如桥检车等,因为其自身缺陷、检测条件的限制等,总存在一些难以克服的问题以及工作效率低下问题,在大跨度桥梁检测中尤为明显。无人飞行器(UAV)因其具有尺寸小、重量轻、使用灵活,工作效率高等优点,载上相关仪器能完成某些常用的桥梁检测设备不宜或不能执行的任务。同时无人飞行器存在目视操作困难,电池容量小,极易受风影响等缺点,因此如何提高无人飞行器检测效率,保障飞行安全是桥梁检测无人飞行器系统面临现实问题,其关键技术之一是对无人机飞行器的飞行轨迹进行合理规划。本文以实际桥梁检测为应用背景,对桥梁检测无人飞行器系统航迹规划进行了初步研究,主要进行的研究工作有:⑴从环境信息、约束条件、桥梁检测目标和航迹规划器等方面分析影响无人机航迹规划关键因素。其中环境信息主要包括桥梁模型和风场分析两部分。约束条件包括最长续航时间、飞行速度、障碍物的安全距离、风场拍照距离。⑵传统的人工势场算法存在三种局部极小值点,可能导致航迹规划任务失败。本文选用人工势场算法进行无人机航迹规划,通过在适当位置增加目标点,即改变局部极小点处的势场,避免航迹规划中出现局部极小点。⑶以普巴绒特大桥为例,对第二、三章提到航迹规划系统进行演示。首先,对桥梁风场和同类型桥梁典型病害进行简要分析;然后,运用Matlab软件对桥梁常规检测(普查)和桥梁病害专项检测两种情况的无人机飞行路径进行模拟。最后进行规划航迹可行性分析,规划出航迹能将目标点极好的串联起来了,完全避开障碍物,且能满足时间等其他约束条件。
【关键词】：桥梁检测 多旋翼无人机 航迹规划 风场分析 人工势场法
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 桥梁检测发展现状12-13
• 1.3 无人飞行器的发展概述13-17
• 1.3.1 无人飞行器概述13-14
• 1.3.2 多旋翼无人机国内外发展现状14-16
• 1.3.3 常用的无人机导航定位系统16-17
• 1.4 无人飞行器在桥梁检测领域的应用研究17-20
• 1.4.1 无人机航迹规划研究现状17-19
• 1.4.2 无人飞行器在桥梁检测领域的应用研究19-20
• 1.5 本文的主要研究内容20-22
• 第二章 无人飞行器航迹规划相关因素分析22-30
• 2.1 桥梁模型22-23
• 2.2 风场分析23-27
• 2.2.1 基本控制方程23-24
• 2.2.2 Fluent软件介绍24-25
• 2.2.3 网格划分25-26
• 2.2.4 边界条件26
• 2.2.5 用Fluent软件分析风场的主要步骤26-27
• 2.3 约束分析27-28
• 2.4 航迹规划系统28-29
• 2.4.1 航迹规划目标点28
• 2.4.2 航迹规划算法28-29
• 2.4.3 飞行航路表达29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 无人飞行器桥梁检测航迹规划算法设计30-40
• 3.1 算法概述30-32
• 3.1.1 遗传算法30-31
• 3.1.2 改进蚁群算法31-32
• 3.1.3 改进A*算法32
• 3.1.4 人工势场算法32
• 3.2. 传统的人工势场法32-34
• 3.2.1 引力场33
• 3.2.2 斥力场33-34
• 3.3 人工势场法的优缺点34-36
• 3.4 改进人工势场算法36-38
• 3.5 航迹规划模拟流程38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 普巴绒特大桥无人机桥梁检测航迹规划模拟40-66
• 4.1 桥梁概况40-42
• 4.1.1 上部结构40-41
• 4.1.2 桥面系41
• 4.1.3 下部结构41-42
• 4.2 本桥风场数值分析42-61
• 4.2.1 几何建模42
• 4.2.2 网格划分42-44
• 4.2.3 计算工况及边界条件等参数设置44
• 4.2.4 数值模拟结果与分析44-61
• 4.3 PC连续刚构桥病害汇总61
• 4.4 无人机航迹规划61-64
• 4.4.1 人工势场算法中的参数设置61-62
• 4.4.2 本桥常规检测无人机航迹目标点选定62-63
• 4.4.3 MATLAB仿真模拟63-64
• 4.5 规划航迹可行性分析64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考 文献68-72
• 致谢72-74
• 附录A74

【参考文献】

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本文编号：479776